E konomis k jämf örelse
Det fall som kostnaderna beräknats för, dvs. uppvärmning av en 70 cm tjock och 40 m2 stor bottenplatta, se avsnitt 3.6, är någorlunda representativt för många verkliga gjutsituationer i vilka värmemattan skulle kunna användas. Det skulle till exempel kunna handla om gjutning av en stödmur på en bottenplatta eller gjutningar av tunnelväggar och valv som i projektet i Gamla Uppsala, se avsnitt 3.1.2. Vilka antaganden som gjorts om arbetsåtgång, kostnad per arbetad timma och materialkostnader redovisas i bilaga C.1. Som figur 4-44 visar gör den inledande engångskostnaden det innebär att köpa in värmemattorna att värmekablar är ett ekonomiskt bättre alternativ om ett mindre antal gjutningar ska göras. Överstiger antalet gjutningar ungefär 30 stycken blir värmemattorna lönsamma enligt den gjorda beräkningen.
Figur 4-44 Ekonomisk jämförelse mellan värmekablar och värmematta som sprickbegränsande åtgärd för den fiktiva situationen.
I beräkningen har hänsyn tagits till materialkostnad, kostnad för elförbrukning samt arbetskostnaden för att utföra värmningen. Materialkostnad och kostnad för elförbrukning är känd från prisuppgifter från tillverkare och elbolag. Arbetskostnaden är däremot inte lika säker eftersom en bedömning av hur många arbetstimmar som åtgår för värmningen måste göras. För diagrammet i figur 4-44 antogs att det går åt 2,5 arbetstimmar för värmningsarbete vid användning av värmekablar och 1,5 timmar vid användning av värmemattor. Anledningen till den lägre kostnaden för värmemattorna är att det rimligen tar längre tid att knyta fast värmekablarna på armeringen än att lägga på värmemattorna. Hur många arbetstimmar som ansätts för arbetet med värmekablarna och värmemattorna har stor betydelse för hur värmningskostnaderna bedöms i exemplet. I produktionskalkylen för projektet i Gamla Uppsala räknades med motsvarande 13 timmar per arbetstimmar för arbetet med värmning med värmekablar (för jämförelsen har omräkning gjorts efter hur många meter kabel som lagts per timma). Vid ett sådant antagande för värmekablarna och samma antagande som tidigare om värmemattorna blir värmemattorna billigare redan efter sju gjutningar, se figur
0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 0 20 40 60 80 100 Ko st n ad , k r Antal gjutningar
Kostnad värmekabel per gjutning (35 m)
Kostnad värmekabel per gjutning (85 m)
Kostnad värmematta per gjutning
4-45. Antalet arbetstimmar vid användning av värmemattor bedömdes aldrig i produktionskalkylen varför samma antagande som tidigare använts.
Figur 4-45 Ekonomisk jämförelse mellan värmekablar och värmematta som sprickbegränsande åtgärd med fler arbetstimmar för fallet med värmekablar. Ett sådant antagande för antalet arbetstimmar för fallet med värmekablarna är dock orimligt högt för det här exemplet. Antagandet är mer rimligt om de arbetsmoment som går åt till att säkerställa att värmningen fungerar (montering av temperaturtrådar, startande av temperaturlogger och kontroll att värmen är igång) räknas in i arbetet kring värmningen. Detta arbete behöver göras både för värmekablar och också för värmemattor. Oavsett vilken av metoderna som används är kostnader för värmningen oftast en relativt liten del av den totala konstruktionskostnaden. Vid valet av metod är det därför också viktigt att titta på de produktionstekniska för- och nackdelarna relaterade till de två metoderna.
Produktionsteknis k jämf örelse
Vid praktisk användning har både värmekablarna och värmemattorna sina för- och nackdelar. Värmekablarna går relativt ofta sönder, ofta i samband med att de gjuts in i betongen, och förlorar då sin funktion. Det händer också att de slutar att fungera under tiden som de är tänkta att vara igång vilket är bedrägligt eftersom detta kanske inte upptäcks. Eftersom de elnät som etableras på byggarbetsplatsen är av provisorisk natur är det heller inte ovanligt att elförsörjningen till värmekablarna bryts, vilket inte heller alltid upptäcks. En stor nackdel med metoden att använda värmekablar är att även om det upptäcks att en värmekabel är trasig så kan den inte ersättas av en ny. En fördel med värmekablarna är däremot att de inte är i vägen för eventuellt övrigt pågående arbete vid den betong som ska värmas. Om monterandet av värmekablar planeras tillsammans med armeringsarbetet kan de också placeras så att de värmer i princip vilken konstruktionsdel av betong som helst. Värmemattorna begränsas i detta avseende av att de enbart kan värma från betongens yta.
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000 200000 0 5 10 15 20 K o st n ad , k r Antal gjutningar
Kostnad värmekabel per gjutning (35 m)
Kostnad värmekabel per gjutning (85 m)
Kostnad värmematta per gjutning
Värmemattorna kan i sin tur ha den nackdelen att de stör pågående arbete genom att viss försiktighet måste iakttas kring dem, man bör till exempel undvika att gå på dem för att inte värmekablarna i dem ska gå sönder3. Eftersom värmemattorna inte kan användas på två ställen samtidigt måste gjutningarna spridas ut om inte flera uppsättningar mattor köps in. En annan nackdel med värmemattorna är att de enbart kan värma betongen från någon av dess ytor, vilket kanske inte alltid ger tillräcklig uppvärmning. Det kan också vara svårt att placera värmemattorna på betongs yta om till exempel ställningar är i vägen4. Den kanske största fördelen med värmemattan är att det räcker med att känna på dem för att veta om de är igång. Risken att värmningen går förlorad av misstag är därför mindre än vid användning av värmekablarna. En annan fördel är att värmemattan inte behöver planeras för i förtid. Den kan därmed ersätta till exempel förstörda ingjutna värmekablar eller användas om värmekablar av misstag inte gjutits in. Ett annat användningsområde är vid reparationsarbeten, där det sällan finns ingjutna värmekablar om delar av betongen behöver värmas.
Oavsett om värmekablar eller värmemattor används som huvudsaklig metod vid ett större betongarbete är det mycket lämpligt att ha några värmemattor att kunna använda vid behov.
3
Erfarenhet från användningen av värmemattor i projektet i Gamla Uppsala, se avsnitt 3.1.2, är emellertid att värmemattorna är robusta. Trots att de ibland blivit något ovarsamt behandlade (trampade på och nedtryckta mellan ställningar) gick enbart ett par stycken av ungefär 50 mattor sönder det första halvåret av användande (höst, vår och vinter).
4
Vid projektet i Gamla Uppsala användes vid vissa vägg- och valv etapper ställning för att bära upp valvformen vid gjutning. Ställningsstagens c/c-avståndet på 90 cm (att jämföra med värmemattans 100 cm) gjorde att det fungerade bra att använda värmemattorna, men att det tog extra tid att lägga ut värmemattorna mellan stagen.
5 Slutsatser
5.1 Slutsatser av försöken med värmemattan
Målet med denna rapport var att undersöka värmemattans förmåga att värma upp underliggande betong, och att föreslå en metod för att inkludera värmemattan i sprickriskberäkningar gjorda i Contest. Värmemattan har även tidigare inkluderats i sprickriskberäkningar och då har de parametervärden som använts enbart grundats på värmemattans specificerade elektriska effekt och på antaganden om värmemattans isolerande förmåga.
5.1.1 Tolkning av res ultaten
Den viktigaste slutsatsen som kan dras av försöken är att värmemattan kan användas i syfte att värma upp underliggande betong. Dess uppvärmande förmåga bibehölls även vid blöta förhållanden och relativt stora temperaturökning i betongens medeltemperatur har uppmätts vid försöken. Resultaten från försök 1 visade att det är en god idé att täcka värmemattorna med ett lager extra isolering vid användning. Detta ökade den uppmätta uppvärmningen med strax under 20 procent, se tabell 4-2 och tabell 4-3. Därför täcktes värmemattorna vid fortsatta försök med extra isolering och det är så värmemattorna ska användas enligt förslaget i nästa avsnitt.
Gällande vilken metod som bör användas för att modellera värmemattan i Contest visade resultaten att det är lämpligt att modellera värmemattan med metod 1. Det fanns ingen anledning till att modellera värmemattan genom de mer krångliga metoderna som provades. Utvärderingen av vilka generella värden som bör användas i Contest för att modellera värmemattan med metod 1 försvårades av att resultaten inte gav några entydiga svar. Resultaten från de olika mätserierna pekade alla på att parametrarna för den isolerande förmågan i programmet bör sättas till 0,04 W/m∙K och 0,02 meter. Vilken effekt som i programmet ska låtas tillföras randen var däremot mer svårbestämt. Jämförelserna mellan modellerade temperaturer och uppmätta temperaturer från de olika mätserierna visade att det för vissa mätserier stämde bra då en effekt på cirka 110-120 W/m2 ansattes i Contest medan det för andra mätserier räckte med cirka 90-100 W/m2. Vad skillnaderna beror på har inte gått att utreda.
Den största felkällan som tagits hänsyn till vid modelleringen var värmekonduktiviteten i sprängstenen. Jämförelserna med uppmätta resultat från försök 3 talade för att denna kan ha varit lågt antagen i grundmodellen som användes vid jämförelserna och vid utvärderingen av
effekt och värmekonduktivitet i värmemattan. Om så är fallet har detta lett till en viss underskattning av värmemattans uppvärmande förmåga. Eftersom utvärderingen i huvudsak grundades på jämförelser av temperaturkurvorna över plattans mitt har det eventuella felet på grund av detta minskats till skillnad från om lika mycket hänsyn tagits till alla mätpunkter. Det är sannolikt att skillnaderna i hur värmemattan behövde modelleras för att få överensstämmelse för de olika mätserierna till största del beror av de faktorer som inte tagits hänsyn till i modellen. Dessa faktorer är troligen relaterade till väder, fuktighet och skuggförhållanden. En del talade till exempel för att solsken drivit på uppvärmningen för de försök där hög modellerad effekt behövdes för att erhålla överensstämmelse med uppmätta resultat. Det är därför till fördel att fyra försök gjordes eftersom detta påvisat att viss variation på grund av faktorer som inte beaktats i modellen är att förvänta sig.
När generella parametrar väljs är det säkrast att välja dem konservativt och därför har ett relativt lågt värde på den tillförda effekten föreslagits i nästa avsnitt.
5.1.2 Förslag till metod i Contes t
Att täcka värmemattorna med minst ett lager isoleringsmaterial är att rekommendera eftersom detta gör att värmemattans uppvärmande effekt utnyttjas bättre. Täckningen utgör även ett visst skydd mot att mattorna går sönder vid åverkan ovanifrån. Vid modellering i Contest av värmemattor täckta med isolering motsvarande 10 mm betongtäckmatta föreslås följande metod:
Använd noder så att de delar av betongblockets sidor som täcks av värmemattor får separata ränder i modellen.
Modellera hela värmemattornas funktion genom att ändra egenskaperna för den/de ränder mot vilka värmemattor läggs:
o I fönstret för randens egenskaper och under "Insulation description" välj "Varying in time" och klicka på "Edit".
”Layers of insulation materials” används och för den tidsperiod som mattorna ska simuleras läggs två lager till via knappen ”Add item from file”:
Lägg till lagret ”Free surface”.
Lägg till ett annat lager (vilket som helst från listan) och ändra
värmekonduktiviteten till 0,04 W/m2∙K och ändra tjockleken till 0,02 m. Detta görs via knappen ”Edit item”
o Kryssa i ”Simulate wind”- funktionen. Ett rimligt värde på vindhastigheten är ofta 2 m/s.
o Under "External power" välj "Varying in time" och klicka "Edit". Lägg till effekten 90 W/m2.
Om betongen grundläggs på mark har värdet på värmekonduktiviteten hos denna betydelse för hur mycket betongen kommer att värmas. Att välja ett för högt värde är på säkra sidan eftersom det ger en mindre temperaturökning i Contest.
Om den värmda konstruktionsdelens undersida gränsar mot luft (till exempel ett valv) och denna inte är isolerad har vindhastigheten betydelse för hur mycket betongen kommer att värmas upp. Är undersidan relativt skyddad mot vinden kan vindhastigheten för randen väljas till 0,5 m/s.